[发明专利]一种探测器结构高过载加严试验设计与评估方法

权利要求书

1.一种探测器结构高过载加严试验设计与评估方法，其特征在于：它通过如下步骤实现：

假设1弹用探测器结构应力S和强度δ均服从正态分布，即S～N(μ_s，σ_s²)，δ～N(μ_δ，σ_δ²)，

f(s)=12πσse-12(s-μsσs)2]]>

g(δ)=12πσδe-12(δ-μδσδ)2---(1)]]>

其中μ_s为应力均值，σ_s为应力标准差；μ_δ为强度均值，σ_δ为强度标准差；

假设2弹用探测器结构应力S和强度δ之间相互独立，此时应力和强度所表示的可靠度模型为：

假设3加严条件下，即加严应力时，强度分布保持不变，若加严应力则此时的可靠度模型为：

步骤一：系数定义

a)加严系数

加严条件：在不改变弹用探测器结构失效机理的情况下，加大弹用探测器结构受到的加速冲击力，从而减少试验样本量；

加严系数：应力在加严试验条件下的平均值μ′_s与实际环境条件下的平均值μ_s的比值，即：

e=μs′μs---(4)]]>

b)变差系数

变差系数：标准差相对于平均值大小的相对量；

应力变差系数：应力标准差σ_s相对于应力平均值大小μ_s的相对量；

Cs=σsμs---(5)]]>

强度变差系数：强度标准差σ_δ相对于应力平均值大小μ_δ的相对量；

Cδ=σδμδ---(6)]]>

c)生存系数

生存系数：强度均值μ_δ与应力均值μ_s的比值，比值越大，产品生存力越强，即：

τ=μδμs---(7)]]>

表1各类系数汇总

步骤二：系数确定

各类系数需要在具体应用过程中予以确定，

变差系数C_s、C_δ的确定

引入变差系数C_s、C_δ的目的是反映生产的管理和工艺水平，根据探测器结构的失效模式研究可知其本质是热、力学物理过程的机械构件，因此用应力—强度模型来描述过载冲击力、壳体强度与可靠性之间的关系，即当过载冲击力一定时，壳体强度越高，其不被破坏的概率越大；反之，当结构强度一定时，过载冲击力越大，壳体容易被破坏；由于生产过程控制能力好坏以及导弹发射时加速度的控制直接影响探测器结构的壳体强度和过载冲击力，所以通过分析影响壳体强度和过载冲击力的因素来确定变差系数C_s、C_δ；

1)壳体强度的影响因素

壳体强度的大小首先要满足系统的要求，即必须保证探测器结构任务的顺利完成，其理论值能计算，但实际存在一定偏差，壳体强度的实际值由加速度冲击试验得到，根据试验数据计算出壳体强度均值和均方差；

主要影响因素：材料的抗压极限，所处位置以及壳体受力分布情况；

2)过载冲击力的影响因素

过载冲击力主要由导弹发射时的巨大加速度造成，因此影响过载冲击力大小的直接因素即是加速度大小，而加速度大小是由导弹推进系统的性能决定的，具体也是由弹载加速度测量仪器测量并传输至计算机的；

a)变差系数的计算与修正

1)壳体强度变差系数的计算

参照加速度冲击试验的要求随机抽取若干探测器结构壳体进行加速度冲击试验，记多次测量的壳体强度样本值为δ₁，δ₂，…，δ_n，则有：

强度样本均值

μδ=δ1+δ2+...+δnn]]>

强度样本标准差

σδ=1n-1Σi=1n(δi-μσ)2]]>

壳体强度变差系数的估计值

Cδ=σδμδ]]>

2)应力变差系数的计算

由历史导弹发射时过载加速度的记录数据S₁，S₂，…，S_n，则有：

应力样本均值

μs=S1+S2+...+Snn]]>

应力样本标准差

σs=1n-1Σi=1n(Si-μs)2]]>

应力变差系数的估计值

Cs=σsμs]]>

b)加严系数的确定

加严指的是在对探测器结构做成败型试验时，施以比实际情况下更大的过载加速度，试验所施加的过载加速度不能改变壳体破坏的失效机理，其确定方法要根据试验要求所用样本量以及实际条件综合决定，对于技术成熟度较高，生产工艺状态稳定，历史数据充足且可靠度较高的探测器结构，加严系数相对较高，具体值需要工程实践以及经验得出，加严系数值只是为了验证加严试验能够显著减少试验样本量；

步骤三：建立静态应力—强度干涉模型

传统意义上的应力—强度模型均基于应力(S)、强度(δ)相互独立的前提下建立的，假设应力和强度的概率密度函数分别为f(s)和g(δ)，其分布函数分别为F(s)和G(δ)，那么其可靠度模型表示为：

R=P(δ>s)=∫-∞+∞f(s)·∫s+∞g(δ)dsdδ---(8)]]>

假设应力强度都服从正态分布，S～N(μ_s，σ_s²)，δ～N(μ_δ，σ_δ²)，那么：

步骤四：计算恒加严条件下的试验样本量

由应力—强度干涉模型，当应力强度都服从正态分布时，δ～N(μ_δ，σ_δ²)，那么在加严条件下的可靠度为：

结合式(4)～(7)，得：

e＝1时为弹用探测器结构在实际环境条件下的可靠度：

把R看成是τ的函数，对τ求一阶导数，得到：

由上，又因τ>0，所以R随τ值的严格单调递增函数，其生存系数越高，必然可靠度越高；若在置信水平1-α下，可靠性指标要求达到R_L，则有：

解得

τL=1+uRLCδ2+Cs2-uRL2(CδCs)21-uRL2Cδ2---(11)]]>

那么加严条件下的可靠度置信下限指标为：

则在置信度为1-α时，加严条件下所需要的探测器结构样本量为：

步骤五：计算变加严条件下的试验样本量

即使探测器结构来自同一个样本，但个体之间还是会存在差异，考虑为每个探测器结构选取合适的应力加严条件，从而提高结果的准确度，加严系数定义为：

ei=μsi′μs,i=0,1,2,...]]>

这样，即有：

R_L＝α^1/n→R_Lⁿ＝α

假设试验样本量为n，得到下式：

Πi=0n-1RLi≤α---(13)]]>

用MATLAB循环计算式(13)，当其首次接近且小于等于α时，即得到了当前的试验样本量n。